Kõvade materjalidega on raske toime tulla. Neid on raske lõigata, kraapida ja moonutada. Nendega on ka raske töötada. Aga mis need on?
Kõvadus on mõõt, mis näitab, kui vastupidav on tahke aine mitmesugustele püsivatele kujumuutustele survejõu rakendamisel.
Mõned materjalid, näiteks metall, on kõvemad kui teised. Makroskoopilist kõvadust iseloomustavad üldiselt tugevad molekulidevahelised sidemed, kuid tahkete materjalide käitumine jõu mõjul on keeruline; seetõttu on olemas erinevad kõvaduse mõõtmised: kriimustuste kõvadus, taande kõvadus ja tagasilöögi kõvadus.
Selles artiklis selgitan, mis on kõvad materjalid ja kuidas neid ehituses ja muudes tööstusharudes kasutatakse.
Selles postituses käsitleme:
Mida mõiste "kõva materjal" tegelikult tähendab?
Kõvadest materjalidest rääkides viitame konkreetsele materjalitüübile, millel on püsiv omadus olla raske lõigata, kraapida või moonutada. Kõva materjali määratlus ei ole üks andmete või teabe kogum, mida võib leida ühest dokumendist või dokumentide sarjast. Selle asemel nõuab see kohandatud meetodite komplekti ja juhiseid, et vastata konkreetse projekti või kaevetööde asjakohastele nõuetele.
Kuidas kõvadust mõõdetakse?
Aine kõvaduse määrab selle kristalliline struktuur, mis on korrapärane ja sageli üsna "tihe". See kehtib teemantide, klaasi ja muude kõvade materjalide kohta. Kõvadust mõõdetakse standardmeetodite komplekti kasutades, mis näitavad materjali vastupidavuse taset rebimisel, kraapimisel või lõikamisel. Mõned kõvaduse mõõtmiseks kasutatavad meetodid on järgmised:
- Mohsi skaala, mis hindab materjali kõvadust skaalal 1–10
- Rockwelli skaala, mis mõõdab teemantotsaga taande tehtud süvendi sügavust
- Vickersi skaala, mis mõõdab teemantotsaga taandri abil tehtud süvendi suurust
Kuidas kõvasid materjale ette valmistatakse
Kõvade materjalide valmistamisel kasutatakse sageli erinevaid meetodeid, olenevalt konkreetsest materjalist ja projekti nõuetest. Mõned levinumad kõvade materjalide valmistamiseks kasutatavad meetodid on järgmised:
- Lõikamine teemantsaega
- Lihvimine teemantveskiga
- Liivapritsimine
- Keemiline söövitus
Määratud limiidid ja klauslilepingud
Kõvade materjalidega töötamisel on oluline arvestada, et võib olla määratud piiranguid või klauslikokkuleppeid, mis täpsustavad, kuidas materjali tuleb käsitseda või ette valmistada. Näiteks võivad olla piirangud konkreetses kaevekohas lubatud drenaaži kogusele või võivad olla lepingud, mis nõuavad konkreetse projekti jaoks teatud tüüpi kõva materjali kasutamist.
Kõvad vs. pehmed materjalid: mis eristab neid?
Kõvasid materjale iseloomustab nende tahke olemus ja kõrge deformatsioonikindlus, samas kui pehmeid materjale on suhteliselt lihtne deformeerida ja ümber kujundada. Mõned levinumad kõvade materjalide näited on teras, betoon ja mört, samas kui kumm ja hõbe on pehmete materjalide näited.
Magnetilised omadused
Teine oluline erinevus kõvade ja pehmete materjalide vahel seisneb nende magnetilistes omadustes. Kõvadel materjalidel, näiteks püsimagnetitel, on suur koertsitiivsus ja neid saab magnetiseerida tugeva magnetvälja tekitamiseks. Pehmetel materjalidel on seevastu madal koertsiivsus ja neid saab kergesti demagnetiseerida.
Magnetiseerimissilmus
Magnetiseerimissilmus on graafik, mis näitab seost materjali magnetvälja ja magnetiseerimise vahel. Kõvadel materjalidel on kitsas hüstereesisilmus, mis näitab suurt koertsitiivsust ja tugevat magnetiseeritust, samas kui pehmetel materjalidel on lai hüstereesiahel, mis näitab madalat koertsitiivsust ja nõrka magnetiseeritust.
Aatomi struktuur
Materjali kõvaduse määramisel mängib rolli ka materjali aatomstruktuur. Kõvadel materjalidel on tavaliselt väga järjestatud aatomstruktuur, kusjuures aatomid on paigutatud korrapärase mustriga. Pehmetel materjalidel on seevastu ebakorrapärasem aatomistruktuur, kusjuures aatomid on paigutatud pooljuhuslikult.
sa kasutad
Kõvade ja pehmete materjalide omadused muudavad need sobivaks erinevateks rakendusteks. Ehituses ja tootmises kasutatakse sageli kõvasid materjale, kus tugevus ja vastupidavus on olulised. Seevastu pehmeid materjale kasutatakse sageli rakendustes, kus on vaja liikumist ja paindlikkust, näiteks rõivaste ja jalatsite puhul.
Helilikud omadused
Kõvad materjalid kipuvad olema ka kõlavad, mis tähendab, et need tekitavad löömisel helisevat heli. Seda seetõttu, et kõvade materjalide aatomid on tihedalt pakitud ja võivad kergesti vibreerida. Pehmed materjalid seevastu ei ole kõlavad ega tekita löömisel helinat.
Avastage kõvade materjalide tohutut maailma
Kõvad materjalid on tahked ained, mida ei saa kergesti deformeerida ega ümber kujundada. Need sisaldavad aatomeid, mis on kompaktselt paigutatud korrapärasesse kristallisse struktuuri, mis annab neile ainulaadsed omadused. Aine kõvaduse määrab selle võime kriimustamisele, viilutamisele või kraapimisele vastu seista.
Erinevused kõvade ja pehmete materjalide vahel
Kõvade ja pehmete materjalide erinevused on suured. Mõned peamised erinevused hõlmavad järgmist:
- Kõvad materjalid on tahked ja neid ei saa kergesti deformeerida ega ümber kujundada, samas kui pehmed materjalid on paindlikumad ja neid saab kergesti vormida või vormida.
- Kõvad materjalid on tavaliselt vastupidavamad ja kauakestvamad kui pehmed materjalid.
- Kõvasid materjale kasutatakse sageli rakendustes, kus tugevus ja vastupidavus on olulised, samas kui pehmeid materjale kasutatakse sageli rakendustes, kus mugavus ja paindlikkus on olulisemad.
Kohandatud kõvad materjalid
Kõvade materjalide üks oluline aspekt on see, et neid saab kohandada vastavalt konkreetsetele vajadustele. Näiteks materjali kristallstruktuuri muutmisega on võimalik muuta selle kõvadust, tugevust ja muid omadusi. See võimaldab inseneridel ja teadlastel luua materjale, mis on kohandatud konkreetsete rakenduste jaoks.
Juurdepääs kõvadele materjalidele
Juurdepääs kõvadele materjalidele võib olla väljakutse, kuna need asuvad sageli maa sees või muudes looduslikes materjalides. Tehnoloogia areng on aga muutnud nende materjalide leidmise ja eraldamise lihtsamaks. Näiteks võimaldavad kaevandustehnikad pääseda ligi kõvadele materjalidele, nagu teemandid ja raud, mida oli kunagi raske kätte saada.
Kõvaduse küsimus
Kõvaduse küsimus on oluline paljudes erinevates valdkondades. Mõistes kõvade materjalide omadusi, saame luua tugevamaid ja vastupidavamaid konstruktsioone, töötada välja uusi lõiketööriistu ja abrasiive ning luua kohandatud materjale konkreetsete rakenduste jaoks. Ükskõik, kas olete teadlane, insener või lihtsalt uudishimulik teid ümbritseva maailma vastu, kõvade materjalide uurimine annab kindlasti palju vastuseid ja teadmisi.
Materjalid, mis võivad muutuda tahketeks kõvadeks aineteks
Mõned looduslikud elemendid võivad töötlemise teel muutuda tahkeks kõvaks materjaliks. Näiteks:
- Rauda saab töödelda karastatud teraseks, millel on kõrge kõvadus ja tugevus.
- Boori saab töödelda boorkarbiidiks, mis on inimesele üks kõvemaid materjale.
- Hõbedat saab töödelda sterlinghõbedaks, mis on kõvem kui puhas hõbe.
Kohandatud valemid
Mõnda materjali saab valemite abil kohandada, et need oleksid kulumise, rebenemise, kriimustamise ja lõikamise vastu. Näiteks:
- Mörti saab segada erinevate elementidega, et luua ainulaadsete omadustega betoontoode.
- Kummi saab töödelda kõrge kõvaduse ja tugevusega toote saamiseks.
Salvestatud energia
Mõnel materjalil on energia salvestamise võime, mis võimaldab neil muutuda kõvaks aineks. Näiteks:
- Jää saab deformeeruda ja ümber kujundada, et tekitada kõva aine sellesse salvestatud energia tõttu.
- Kvartsi saab kriimustada, et tekitada kõlav aine selle aatomites sisalduva energia tõttu.
Kaasaegne töötlemine
Kaasaegsed töötlemistehnikad võimaldavad pehmeid materjale muuta kõvadeks aineteks. Näiteks:
- Erinevat tüüpi metallide lõikamine ja vormimine võib luua erineva kõvaduse ja tugevusega tooteid.
- Karastamiseks kutsutava protsessi abil saab klaasi muuta kõvaks aineks.
Suur kasutusala ja õigustatud huvi kõvade materjalide vastu on viinud artiklite ja tarnijate panga väljatöötamiseni, kes nõustuvad oma teadmisi ja seadeid jagama. Kulumis-, rebenemis-, kriimustus- ja lõikamiskindlust nimetatakse kõvaduseks ning see on omadus, mis on paljudes erinevates tööstusharudes väga nõutud.
Järeldus
Nii et siin on kõik – kõvad materjalid on need, mida on raske lõigata, kraapida või moonutada. Neil on üks andmeteabe kogum, selle asemel, et nõuda kohandatud komplektimeetodeid. Need vastavad asjakohastele nõuetele, kuna projekti ja kaevetööde kõvadust saab mõõta Mohsi skaala, Rockwelli skaala ja Vickersi skaala abil. Kõvad materjalid on ehituses ja tootmises olulised ning neid saab kasutada kõvaduse ja vastupidavuse tagamiseks. Neid kasutatakse ka mugavuse ja paindlikkuse tagamiseks, seega peaksite avastama kõvade materjalide tohutut maailma.
Olen Joost Nusselder, Tools Doctori asutaja, sisuturundaja ja isa. Mulle meeldib uusi seadmeid proovida ja olen koos oma meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2016. aastast, et aidata lojaalseid lugejaid tööriistade ja meisterdamisnõuannetega.
